PT100609A

PT100609A - Dispositivo de vedacao por ar para vedar a folga entre uma haste da valvula de evacuacao e a sua guia num alojamento de valvula de um motor de combustao interna

Info

Publication number: PT100609A
Application number: PT100609A
Authority: PT
Inventors: Harro Andreas Hoeg; Kim Josephsen
Original assignee: Man B & W Diesel Gmbh
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1994-12-30
Also published as: TR26046A; DK126191A; GR1001229B; DE4220689A1; KR100251393B1; JPH05187210A; DK126191D0; KR930000819A; DE4220689C2; DK167499B1; JP2922367B2

Description

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MEMÓRIA DESCRITIVA O presente invento refere-se a um dispositivo de ar de vedação de um motor de combustão, tendo um alojamento de válvula para uma válvula de evacuação, estando o dito alojamento ligado ao cilindro de actuação do motor, estando a haste da válvula da dita válvula de evacuação montada em chumaceira no alojamento de válvula, e prolongando-se para cima, para uma mola pneumática, que está montada no alojamento da válvula, e compreende uma câmara de mola pneumática e um êmbolo de mola pneumática, ligado firmemente à haste da válvula e capaz de actuar na válvula dé evacuação na direcção de fecho, e em que um êmbolo actuador, montado num cilindro hidráulico, pode actuar na válvula de evacuação, na direcção de abertura, e em que a haste da válvula, na zona acima da chumaceira no alojamento da válvula, passa através de uma câmara de ar de vedação, com uma abertura de entrada, para o abastecimento de ar de vedação.

Quando o êmbolo actuador no final do curso de combustão do motor actua a válvula de evacuação para a abrir, a evacuação dos gases de combustão através do canal de evacuação no alojamento da válvula dão origem uma forte onda de pressão no canal, após o que a pressão desce e se aproxima da pressão envolvente, até que a válvula volte a fechar. A haste da válvula de evacuação prolonga-se para cima e está montada numa guia no alojamento da válvula, com alguma folga em relação à guia. Quando a válvula abre, a forte onda de pressão e, igualmente, a pressão comparativamente alta que se segue no canal, tentam forçar o gás de evacuação para cima, para a folga entre a haste da válvula e a guia da válvula, obrigando os resíduos da combustão, na forma de partículas de escória e condensados, a depositarem-se na superfície de deslizamento ou de apoio da haste, e uma vez que a temperatura da haste da válvula vai baixando para cima, através da guia, o ácido sulfúrico contido nos gases de evacuação pode condensar na haste e na guia, o que pode diminuir o tempo de vida da haste devido a decomposição por corrosão e abrasão das superfícies da haste e da guia. -3- 74049

Ind/KiB/20763 É conhecida a maneira de diminuir a penetração do gás de evacuação na folga, entre a guia e a haste, sujeitando a câmara de ar de vedação, colocada acima da guia, a pressão. 0 gás de evacuação contêm pequenas partículas de dimensão variável, e a experiência de trabalho mostra que, apesar do escoamento resultante de ar de vedação que passa para baixo, algumas das ditas partículas deslocam-se para cima através da abertura, conduzidas pela pulsação de pressão que ocorre no momento em que a válvula de evacuação abre, originando momentaneamente esta pulsação de pressão, uma corrente de ar, passando para cima na folga. Além disso, algumas partículas com certas dimensões são transportadas mecanicamente para cima através da folga, apesar da corrente de ar, que passa para baixo na folga. 0 fornecimento de ar de vedação à câmara de ar de vedação sopra o veio da válvula, limpando-o das ditas partículas e comprovou-se, através da experiências de trabalho, que as partículas se depositam na câmara de ar de vedação a sotavento do veio da válvula. Para além de restringir a penetração de gás de evacuação na folga, a câmara de ar de vedação tem igualmente a função importante de actuar como uma prisão para as partículas transportadas para cima, evitando-se então que as mesmas penetrem no anel de vedação e o corroam na zona da haste no fundo da mola pneumática. A descrição da patente u.s. nH 3 120 221 refere-se a um motor de combustão com uma válvula de evacuação, actuada por um veio de excêntricos e com reposição pneumática. Neste motor, o alojamento da válvula não inclui qualquer câmara de vedação de ar e, se se utiliza um anel de vedação em torno do veio da válvula, um tal anel de vedação pode ser corroído pelas partículas penetrando na folga entre o veio da válvula e a guia. As fugas de ar da mola pneumática podem, de um modo incontrolável, penetrar para baixo na folga e contribuir para o arrefecimento da haste da válvula.

Nos motores da arte anterior, o ar de vedação era normalmente retirado do receptor de ar de lavagem do motor, mas isto implicava que o óleo contendo fuligem assentasse na câmara de ar 74049

Ind/KiB/20763 . ^ -4- de vedação. De modo a evitar isto, é fornecido à câmara de ar de vedação, de outro motor conhecido, ar de actuação pré-comprimido a uma pressão efectiva de, aproximadamente, 20 kPa superior à pressão efectiva do ar de lavagem do motor, a qual em todos os regimes de carga do motor reduziu, para um nível relativamente aceitável, a quantidade de gás de evacuação que penetrava na dita folga.

Uma característica comum dos dispositivos de ar de vedação do arte anterior, que os cilindros do motor tenham um sistema de tubagem externa comum, passando ar de vedação para a câmara dé ar de vedação de cada cilindro do motor. Para além do facto de um tal sistema de tubagem ser de fabrico caro, o mesmo apresenta igualmente um volume muito grande comparado com o volume da câmara de ar de vedação, querendo isto dizer que a penetração do gás de evacuação na câmara de ar de vedação não implica um aumento de pressão apreciável no sistema de tubagem. Além disso, um dos problemas nos dispositivos da arte anterior é que a pressão de ar de lavagem do motor cai drasticamente para regimes de carga de motor inferiores, tendo como resultado o facto da pressão de ar de vedação não ser suficientemente elevada em tais regimes de carga. 0 objectivo do invento é simplificar a concepção do dispositivo de ar de vedação e melhorar a sua capacidade para garantir o funcionamento sem problemas da válvula de evacuação.

Com esta finalidade, o dispositivo, de acordo com o invento, é caracterizado por a abertura de entrada da câmara de ar de vedação estar em comunicação com uma passagem de escoamento de ar, conduzindo à câmara de mola pneumática, e alojando um componente de batente ou de controlo de pressão, projectado para abrir a entrada de ar de vedação da câmara de mola pneumática, quando a pressão aí existente excede um valor predeterminado.

Retirando o ar de vedação da câmara de mola pneumática associada à válvula de evacuação, a pressão na câmara de ar de vedação aumenta até um nível adequadamente alto, correspondente -5- 74049

Ind/KiB/20763 à pressão máxima na câmara de mola pneumática, quando há necessidade de ar de vedação, por exemplo, sempre que a válvula abre e a pressão no canal de evacuação aumenta. A pressão do ar de vedação pode ser ajustada de modo a ser substancialmente maior que a pressão de ar de lavagem do motor, sem aumentar consideravelmente o consumo de ar de vedação em relação ao consumo nos motores da arte anterior, porque o ar de vedação não é fornecido, quando a válvula de evacuação está fechada, o efeito de limpeza na folga entre a haste da válvula e a sua guia melhorou consideravelmente devido à maior pressão de ar de vedação e à circunstância da pressão de ar de vedação ser independente do regime de carga do motor. Além disso, o sistema de tubagem comum utilizado anteriormente pode ser completamente posto de parte, simplificando ainda mais, deste modo, a manutenção do motor, porque não é necessário desmontar o sistema de tubagem, quando se separa a válvula de evacuação para revisão geral do motor. A passagem de escoamento de ar tem um volume interno substancialmente inferior ao do sistema de tubagem conhecido anteriormente, originando uma vantagem adicional, que é o facto de o dispositivo de ar de vedação ter um volume de tal modo pequeno, que uma possível penetração de gás de evacuação origina um aumento de pressão na câmara de ar de vedação, contrariando deste modo uma penetração adicional de gás de evacuação. É inevitável que uma certa quantidade de óleo do cilindro hidráulico passe pelo êmbolo actuador e atinja o fundo da câmara de mola pneumática. Numa concretização escolhida do dispositivo de acordo com o invento, na qual a passagem de escoamento de ar descarrega no fundo da câmara de mola pneumática, o dito óleo pode ser utilizado para a lubrificação do veio da válvula, sendo o óleo arrastado com o ar de vedação e passado para baixo para a folga entre a haste da válvula e a guia. Para além do facto reduzir o desgaste na haste, a vantagem suplementar é obtida pelo facto da câmara de mola pneumática ser mantida isenta de depósitos de óleo que, nos motores da arte anterior, poderiam ser soprados para a casa do motor, como uma vaporização indesejável de óleo, quando a mola pneumática, durante a 74049

Ind/KiB/20763 revisão, for perfurada. A vantagem do dispositivo de ar de vedação acima mencionado, com um volume reduzido favorável, pode ser ainda realçada pelo facto do elemento de batente na passagem de escoamento de ar estar posicionado, de preferência, muito próximo da câmara de ar de vedação, de modo que, possivelmente, o gás de evacuação que penetra, tem apenas de comprimir o ar de um modo adequado na câmara de ar de vedação. O dispositivo de ar de vedação de acordo com o invento podé ser igualmente aplicado a motores já adquiridos, nos quais a mola pneumática tem uma válvula de segurança, em que o motor é recondicionado por meio de uma simples modificação, consistindo na desmontagem do dispositivo de ar de vedação externo existente, enquanto se fecha, simultaneamente, a saída de ar de vedação no receptor de ar de lavagem, e na ligação da saída de ar da válvula de segurança em cada cilindro do motor, através de uma conduta externa, à entrada de ar da câmara de ar de vedação, associada. Tendo em vista o facto da válvula de segurança, antes da modificação do motor, ser normalmente ajustada para abrir apenas a pressões de mola pneumática anormalmente elevadas, a pressão de abertura da válvula e a pressão máxima na câmara de mola pneumática, durante um ciclo do motor, têm ainda de ser adaptadas uma à outra, de modo que o ar de vedação, substancialmente durante cada ciclo do motor, passe da câmara de mola pneumática para a câmara de ar de vedação.

Tendo em vista o facto de o consumo de ar de vedação durante cada ciclo do motor ser diminuto em comparação com o volume da mola pneumática, é possível baixar a pressão de abertura da válvula de segurança, até que a quantidade necessária exacta de ar de vedação seja fornecido em cada abertura da válvula de evacuação. Se não se desejar ter nem mesmo um ligeiro abaixamento da pressão máxima da mola pneumática, a pressão do ar de alimentação para a mola pneumática pode ser elevada, como uma alternativa, ou como um suplemento para a diminuição da pressão de abertura da válvula. 74049

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Os exemplos de concretização do invento serão agora explicados com maior detalhe, com referência aos desenhos, nos quais: a fig. 1 é um corte transversal pela linha I-I na fig. 2, através de uma válvula de evacuação activada hidraulicamente e reposta pneumaticamente, com um dispositivo de ar de vedação de acordo com o invento, a fig. 2 é a válvula de evacuação vista de cima, a fig. 3 é um corte transversal pela linha ΙΪΙ-ΙΪΪ na fig. 2, através da válvula de evacuação, a fig. 4 é um corte transversal através da secção superior de uma segunda concretização de uma válvula de evacuação, com um dispositivo de ar de vedação de acordo com o invento, e a fig. 5 é uma vista em corte, correspondente à fig. 4, de uma terceira concretização do dispositivo de ar de vedação.

Aos diferentes componentes das concretizações da válvula de evacuação, tendo as mesmas funções, foram dados os mesmos números de referência. A fig. 1 representa um alojamento de válvula de evacuação 1 destinado a ser montado no topo da tampa, não mostrada, de um cilindro do motor. O alojamento da válvula inclui um canal de evacuação 2 para conduzir gás de evacuação da câmara de combustão do motor. Uma válvula de evacuação 3 tem um disco de válvula 4 que, na posição fechada mostrada da válvula, se encosta numa sede de válvula 5 e bloqueia o acesso ao canal de evacuação. 0 disco de válvula continua para cima para uma haste de válvula 6, prolongando-se para cima através da parte superior do alojamento da válvula 1. A haste da válvula 6 é montada num casquilho de guia 7 inserido num furo através da parte superior do alojamento de válvula.

Uma mola pneumática 8 e um cilindro hidráulico 9 estão -8- 74049

Ind/KiB/20763 montados coaxialmente com o casquilho por cima do alojamento de válvula l. Um êmbolo actuador 10, montado no topo da haste de válvula 6, confere uma força de abertura direccionada para baixo à válvula 3, quando é fornecido fluido hidráulico à câmara de actuação 11 do cilindro hidráulico. Um êmbolo de mola pneumática 12 está fixo, de uma maneira bem conhecida, na haste da válvula 6, de modo que o êmbolo 12, com a abertura da válvula, se desloca para baixo em conjunto com a haste 6, comprimindo deste modo o ar numa câmara de mola pneumática 13, posicionada abaixo do êmbolo 12. Quando a válvula de evacuação tem de fechar, a pressão na câmara de actuação 11 é aliviada, após o que à válvula de evacuação inverte para a posição de fechada através da mola pneumática 8, porque a pressão na câmara de mola pneumática 13 confere ao êmbolo 12, e igualmente à haste 6, uma força de fecho dirigida para cima. Uma entrada de ar com uma válvula de retenção 14 fornece à câmara de mola pneumática o ar necessário, a uma pressão correspondente à força de fecho desejada. Um furo transversal 15 prolonga-se do fundo da câmara de mola pneumática e continua para uma válvula de segurança controlável por pressão 16. No ponto da haste 6, que passa na mola pneumática, a mesma é vedada para baixo por meio de um anel de vedação anelar 17, rodeando a haste 6.

Entre a haste 6 e o casquilho 7 existe, como já foi referido, uma determinada folga na ordem, por exemplo, dos 0,2 mm. De modo a contrariar a penetração de gás de evacuação para cima através da folga que existe, imediatamente acima da flange superior do casquilho 7, uma câmara de ar de vedação 18, restringida na direcção transversal pela parede lateral de um recesso, proporcionado na extremidade superior do alojamento da válvula e na direcção axial do lado superior do casquilho 7, e lado inferior do alojamento da mola pneumática, respectivamente. Uma abertura de entrada 19, na parede lateral da câmara 18, comunica através de um furo transversal 20, no alojamento da válvula 1, com um bocal de tubagem 21 para uma extremidade de uma conduta 22, cuja outra extremidade está montada na saída de ar 23 da válvula de segurança 16 (ver fig. 2). 74049

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Em motores de combustão grandes, de dois tempos, de baixa rotação, o diâmetro do veio da válvula é tão grande que a folga tem de ser grande de modo a permitir variações no diâmetro do veio, ocorrendo em condições de baixa e alta temperaturas. A área da folga pode corresponder à área da abertura de entrada 19. 0 anel de vedação 17 e a câmara de ar de vedação 18 são, deste modo, importantes, com vista a obter-se uma função de mola pneumática satisfatória em tais motores de dois tempos. 0 furo transversal 15, a válvula 16, a conduta 22, e o furo transversal 20, constituem uma passagem de escoamento de ar, ligando a câmara de mola pneumática com a câmara de ar de vedação. A pressão de abertura da válvula de segurança é ajustada de modo a que o ar vindo da câmara de mola pneumática 13 seja soprado para a câmara de ar de vedação 18 quando a válvula de evacuação 3 está na sua posição aberta. A válvula de segurança 16 pode, por exemplo, ser ajustada para abrir o fornecimento de ar de vedação quando a pressão na câmara de mola pneumática sobe até 1500 kPa. A pressão na câmara de ar de vedação 18 fica, assim, consideravelmente superior à pressão dos gases de evacuação no canal de evacuação 2, resultando no facto do ar de vedação escoar para baixo através da folga entre a haste 6 e o casquilho 7, permitindo, deste modo, à haste da válvula permanecer sem impurezas vindas do gás de evacuação.

Na concretização da válvula de evacuação ilustrada na fig. 4, a válvula de segurança 16 está montada num furo 24 na parte inferior da mola pneumática 8. A abertura de entrada da válvula de segurança comunica através de um furo, não mostrado, com o fundo da câmara de mola pneumática 13, e a saída da válvula de segurança está em comunicação com uma passagem 25, que se prolonga para baixo, no alojamento da mola pneumática e o alojamento de válvula 1, e esta passagem descarrega numa passagem transversal 26 situada no alojamento de válvula e prolongando-se para a câmara de ar de vedação. Uma válvula de retenção 27 está situada na saída da passagem 26 na câmara de ar de vedação. A dita válvula de retenção evita que o ar da câmara de ar de vedação retorne para a passagem 26. A passagem 26 pode, na

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Ind/KÍB/20763 -10- direcção que se prolonga radialmente para fora, ser barrada por um parafuso de corpo comprido 28, aparafusado numa rosca na passagem, de modo que a face de extremidade do parafuso está posicionada imediatamente por fora da saída da passagem 25 na passagem 26. A válvula de segurança 16 é, através de um furo 36, e uma válvula de retenção pressionada por mola 37 neste furo, ligada com a purga de óleo da válvula de evacuação posicionada por fora da câmara de mola pneumática. A válvula de retenção 37 está ajustada para abrir a uma pressão acima da pressão normal de trabalho da mola pneumática. Isto obriga a válvula de retenção a actuar como uma válvula de segurança, que abre se as passagens de escoamento de ar 16, 25, 26, forem bloqueadas com uma impureza.

Numa concretização alternativa, não mostrada, as passagens 25 e 26, no alojamento de válvula 1, podem, em vez disso, ser projectadas como um canal aberto para cima na superfície superior do alojamento de válvula, prolongando-se o dito canal do furo 25, no alojamento da mola pneumática, para a câmara de ar de vedação 18. Esta concretização distingue-se por ser de fabrico extremamente simples. A fig. 5 representa um terceiro aspecto do dispositivo de ar de vedação, no qual a válvula de segurança da mola pneumática não faz parte do dispositivo. É proporcionada uma ranhura circular, para recolha de óleo 29, no fundo da câmara de mola pneumática 13, com a finalidade de transportar gotas de óleo hidráulico para uma passagem 30, prolongando-se para baixo a partir da ranhura, e continuando para o alojamento da válvula 1, na qual descarrega num furo 31 que, através de uma passagem comparativamente pequena 32, está em ligação com a câmara de ar de vedação 18. 0 comprimento mais interior do furo 31 está munido com uma rosca interna, na qual é enroscado um parafuso 33 que, na direcção do exterior, bloqueia o furo. É proporcionada uma passagem angular curvada 34, de tal modo na extremidade interior do parafuso 33, que uma extremidade da passagem fica oposta à passagem 30 e com ela ligada, e a outra extremidade da passagem continua para o furo 31, prolongando-se para a abertura Ϊ.Ί. 't£ 74049

Ind/KiB/20763 -11-de entrada 19 da câmara de ar de vedação. A secção mais interior da passagem 34 está projectada com um diâmetro maior e munida com uma rosca interna, na qual é aparafusada uma válvula de retenção pressionada por mola 35, que abre o fornecimento de ar de vedação, quando a pressão na câmara de mola pneumática 13 atinge o seu valor de pico. A passagem de escoamento de ar entre a câmara de mola pneumática 13 e a câmara de vedação de ar 18 inclui passagens 30, 32 e 34. É, evidentemente, possível restringir o consumo de ar de vedação, inserindo um componente de estrangulamento num local adequado em qualquer ima das passagens de escoamento de ar acima referidas. À medida que a pressão na câmara de mola pneumática 13 se torna substancialmente superior à pressão dos gases de evacuação no canal de evacuação 2, o dispositivo de ar de vedação, com um tal componente de estrangulamento, funcionará satisfatoriamente. O elemento de estrangulamento pode ser utilizado, quer em combinação com a válvula de retenção 16, quer separadamente, se se desejar ter sempre a câmara de mola pneumática ligada à câmara de ar de vedação. A entrada de ar 14 da mola pneumática, pode distribuir ar a uma pressão de alimentação de cerca de 550 a 700 kPa. Se se desejar um fornecimento contínuo de ar de vedação, o elemento de batente, na passagem de escoamento de ar, pode ser ajustado para abrir a uma pressão na gama dos 400 a 550 kPa. Quando a pressão de alimentação está a 550 kPa, o consumo de ar de vedação por cilindro num motor com um diâmetro de êmbolo de 60 cm é cerca de 1 Kg/h, e quando a pressão de alimentação é cerca de 700 kPa, o consumo de ar de vedação atinge os cerca de 3 Kg/h.

Claims

74049 Ind/KÍB/20763 y ^ , _____________^ -'y (¾ ‘Ê REIVINDICAÇÕES 1 - Dispositivo de ar de vedação para motor de combustão, tendo um alojamento de válvula (1) para uma válvula de evacuação (3), estando o dito alojamento ligado ao cilindro que trabalha do motor, estando a haste da válvula (6) da dita válvula de evacuação montada em chumaceira no alojamento da válvula, e prolongando-se para cima, para uma mola pneumática (8), que está montada no alojamento da válvula, e compreende uma câmara de mola pneumática (13) e um êmbolo de mola pneumática (12), ligado firmemente à haste da válvula e capaz de actuar na válvula de evacuação (3) na·direcção de fecho, e em que um êmbolo actuador (10), montado num cilindro hidráulico (9), pode actuar na válvula de evacuação, na direcção de abertura, e em que a haste de válvula (6), na zona acima da chumaceira no alojamento da válvula, passa através de uma câmara de ar de vedação (18), com uma abertura de entrada (19), para o abastecimento de ar de vedação, caracterizado por a abertura de entrada (19) da câmara de ar de vedação estar em comunicação com uma passagem de escoamento de ar (15, 16, 22, 20; 16, 25, 26; 30, 32, 34), conduzindo à câmara de mola pneumática (13), e alojando um componente de batente ou de controlo de pressão (16; 35; 37), concebido para abrir a entrada de ar de vedação da câmara de mola pneumática, quando a pressão aí existente excede um valor predeterminado.
2 - Dispositivo de ar de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a passagem de escoamento de ar (15; 30) descarregar no fundo da câmara de mola pneumática (13).
3 - Dispositivo de ar de vedação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, e em que a câmara de ar de vedação (18) é um recesso proporcionado na extremidade superior do alojamento de válvula, caracterizado por a passagem de escoamento de ar incluir uma passagem formada no lado superior do alojamento de válvula, passagem que, numa extremidade descarrega na câmara de ar de vedação (18), e na outra extremidade está em frente de uma perfuração no alojamento da mola pneumática, prolongando-se para a câmara (13) da mola pneumática. -13- 74049 Ind/KiB/20763
4 - Dispositivo de ar de vedação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o componente de batente (35) na passagem de escoamento de ar estar posicionado muito próximo da câmara de ar de vedação.
5 - Dispositivo de ar de vedação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4 e em que a mola pneumática tem uma válvula de segurança (16), caracterizado por a passagem de escoamento de ar incluir uma conduta (22)/ ligando a saída de ar (23) da válvula de segurança (16) à entrada de ar (21) da câmara de ar de vedação (18), e por a pressão de abertura da válvula d'e segurança e a pressão máxima na câmara de mola pneumática (13), durante um ciclo do motor, ser ajustada de tal modo que o ar de vedação passe substancialmente da câmara de mola pneumática para a câmara de ar de vedação (18), durante cada ciclo do motor. Lisboa, 1¾ Jtjfj. 1992 Por MAN B&W DIESEL A/S - O Agente Oficial -